Введение к работе
Актуальность темы. В лесозаготовительной отрасли и лесном хозяйстве эксплуатируется свыше тридцати тысяч трелевочных тракторов, из которых только 8 % новых машин, оборудованных гидроманипуляторами с захватно-срезающим и захватным устройствами. Замена устаревшей техники на новую сдерживается не только ограниченными возможностями промышленности, но и недостаточной надежностью новых машин.
Низкая надежность новых машин во многом связана с тем, что их технологическое оборудование рассчитывается статическими методами с учетом поправочных коэффициентов. Запасы прочности принимаются также без учета реального динамического нагружения машин. Осторожность при выборе запасов прочности приводит к увеличению массы и перерасходу металла. Так, масса технологического оборудования валочно-трелевочной машины (ВТМ) ЛП-17 - 3200 кг, валочно-пакетируюшей машины (ВПМ) ЛП-19 - 5400 кг, что, соответственно, составляет 28,0 % и 32,8 % от общей массы машины. В то же время известно, что "лишний металл" не всегда способствует исключению слабых мест в конструкции, снижающих ее долговечность.
Придание ВПМ новых технологических операций - очистка ствола дерева от сучьев и раскряжевка его на сортименты, неизбежно влечет за собой существенное изменение характера и уровня динамических нагрузок на силовую установку (двигатель). В этой связи изучение динамической нагруженности силовой установки валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины (ВСРМ) является актуальной задачей.
Цель работы. Повышение надежности ВСРМ при сокращении сроков их разработки и изготовления, использованием на этапе проектирования аналитических методов расчета и научно-обоснованного выбора параметров, обеспечивающих минимальные динамические нагрузки на силовую установку.
Объект исследования. Лабораторная установка, опытный образец ВСРМ на базе ЛП-19А, опытный образец на базе колесного лесохозяйственного трактора Т-25Л.
Предмет исследования. Процесс очистки стволов деревьев от сучьев в установившемся режиме, а также режиме разгона и стопорения.
Методы исследований. Теоретические исследования базировались на применении математического моделирования и ЭВМ. Оценка корректности разработанных моделей производилась методом сравнения расчетных данных с экспериментальными по максимальным значениям выходных параметров моделируемых процессов.
Научная новизна работы заключается в разработанных математических моделях динамической системы "ВСРМ - дерево", отличающихся учетом параметров привода механизма протяжки и дерева, оказывающих существенное влияние на характер и уровень динамических нафузок на силовую установку (двигатель) в процессе очистки стволов деревьев от сучьев.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Математические модели механической системы "ВСРМ - дерево", по
зволяющие исследовать нагруженность силовых установок лесосечных машин
в процессе очисткистволов-деревьев от сучьев. (\
Результаты исследований силовой установки ВСРМ в процессе очистки деревьев от сучьев, дающие возможность определить уровень и характер действующих на силовую установку ВСРМ динамических нагрузок.
Результаты экспериментальных исследований, позволяющие обосновать закономерности изменения динамических нагрузок, действующих на двигатель ВСРМ.
Рациональные параметры режима работы ВСРМ, обеспечивающие минимальные нагрузки на силовую установку.
Практическая значимость. Разработанные математические модели взаимодействия ВСРМ с предметом труда - деревом в процессе очистки ствола от сучьев в установившемся режиме протяжки, а также в режиме разгона и сто-порения и результаты экспериментальных исследований дополняют теорию лесных машин и являются базой для их разработки и модернизации, а также для создания автоматизированной системы проектирования машин. Использование теоретических разработок и результатов исследований позволит научно-обоснованно производить выбор основных параметров ВСРМ, повысить качество проектирования при значительном сокращении стоимости проектных работ и сроков создания, а также снизить металлоемкость при повышении надежности.
Реализация работы. Научные результаты исследований приняты к внедрению в ОАО «Ремонтник» республики Коми и в учебный процесс кафедры лесных деревообрабатывающих машин и материаловедения Ухтинского государственного технического университета.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межрегиональной молодежной научной конференции "Севергеоэкотех-2005" (Ухта, 2005); на международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы лесного комплекса" (Брянск, 2005,2007); на научно-технической конференции УГТУ (Ухта, 2007); изданы в сборнике трудов "Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии" (Санкт-Петербург, 2007).
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Разработка математических моделей исследуемых процессов взаимодействия в системе "ВСРМ - дерево", подготовка и проведение экспериментальных исследований, обработка полученных данных.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 научных работах объемом 4,2 п. л., из них 9 работ в соавторстве (3,5 п. л.), авторский вклад 60 %, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 127 наименований. Содержание работы изложено на 112 страницах машинописного текста, иллюстрировано 45 рисунками и 17 таблицами.
